Experimental characterization, modeling and compensation of hysteresis in force sensing resistors

Abstract

Force Sensing Resistors (FSRs) exhibit considerable amounts of hysteresis and repeatability error inhibiting their usage in applications that require high-accurate force readings. This paper presents the hysteresis characterization and modeling of the Tekscan A201-1 FSR employing the Preisach Operator (PO) function. In order to compensate for hysteresis during sensor operation, the inverse PO was numerically found on the basis of the Closest Match Algorithm (CMA). A test bench, capable of handling sixteen sensors simultaneously, was built, which allowed the characterization and later testing of the CMA. Grip force profiles were applied to the sensors during testing and the experimental results showed a considerable reduction in the force estimation error compared with the linear regression method proposed by the manufacturer. These results enable a wider use of FSRs in applications with tight accuracy requirements. Finally, a generalized sensor model for hysteresis compensation that simplifies the obtaining of PO parameters is presented.

Los Sensores de Fuerza Resistivos (FSRs) despliegan cantidades considerables de histéresis y de error de repetitividad que inhiben su uso en aplicaciones que requieren lecturas de fuerza de alta precisión. En este trabajo se presenta la caracterización y modelado de histéresis del sensor de presión Tekscan A201-1 empleando la función Operador de Preisach (OP). Con el fin de compensar la histéresis durante el funcionamiento del sensor, el OP inverso se halló numéricamente sobre la base del algoritmo de coincidencia más cercana (CMA). Se construyó un banco de pruebas, capaz de manejar dieciséis sensores simultáneamente, lo que permitió la caracterización y posterior prueba del CMA. Los perfiles de fuerza de agarre se aplicaron a los sensores durante la prueba y los resultados experimentales mostraron una reducción considerable del error de estimación de la fuerza en comparación con el método de regresión lineal propuesto por el fabricante. Estos resultados abren el camino para un uso más amplio de los FSRs en aplicaciones con exigentes requisitos de precisión. Finalmente, un modelo de sensor generalizado para compensación de histéresis que simplifica la obtención de los parámetros PO, es presentado.